天然气制氢装置二氧化碳回收工艺研究

以100 dam³/h烃类蒸汽转化+变压吸附(PSA)氢提纯制氢装置为研究对象，分析了变换气、解吸气、烟气的组成及性质，得出：从烟气中脱除二氧化碳经济性差；二氧化碳适合从变换气和解吸气中脱除。研究了变换气脱碳后对PSA的影响，得出：变换气脱碳率为100%时，现有装置的PSA氢气回收率提高了1百分点、原料消耗量降低了1%,新建装置的氢气回收率提高了2百分点。对变换气N-甲基二乙醇胺(MDEA)脱碳、解吸气MDEA脱碳、解吸气VPSA(真空变压吸附)脱碳3种方案的能耗和投资进行比较，结果表明：解吸气VPSA脱碳和变换气MDEA脱碳能耗低，投资少。对于现有装置脱碳改造，解吸气VPSA法更有优势；对于新建装置，推荐选择变换气MDEA脱碳。同时分析了脱除二氧化碳后对现有装置特别是转化炉的影响，提出了对转化炉相关设备进行核算和评估的建议，以确保装置长周期安全平稳运行。     

超重力旋转填料床中混合胺回收低分压二氧化碳的传质行为研究

采用超重力旋转填料床反应器,用水、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、三乙烯四胺(TETA)水溶液作为吸收剂进行低分压二氧化碳吸收实验,考察了超重力因子β、液体流量L、气体流量G等对二氧化碳的传质系数KGae的影响。研究发现,KGae随β的增加有所增大,随液体流量的增加而增大,随气量的增加而减小。适宜的操作条件下,旋转填料床具有良好的二氧化碳吸收性能。研究建立了估算吸收总传质系数KGae的数学模型,通过实验数据拟合得到的数学模型与实验值符合较好。     

D002强酸性离子交换树脂催化醇醛缩合生产甲缩醛的工艺模拟

基于连续搅拌反应器(CSTR),对D002离子交换树脂作催化剂反应合成甲缩醛的过程进行了模拟。在确定了参数的甲缩醛反应动力学模型的基础上,用Aspen Plus软件建立了CSTR流程。在甲醇进料流量为2kmol/h、甲醛进料流量为1kmol/h、水进料流量为4.44mol/h的条件下研究了催化剂用量、反应温度、反应器体积、反应器操作压力等因素对甲缩醛收率的影响。得到的优化工艺条件如下:催化剂质量分数为10%,反应温度为100℃,反应器体积为10m3,醇醛物质的量比为2:1,反应器操作压力为常压。采用优化的工艺参数后甲缩醛收率可达58.0%。     

用变换气代替脱碳气作氢源的加氢脱硫研究

上海石洞口煤气制气有限公司利用烃重整生产城市煤气,以脱碳后的变换气为氢源对原料进行加氢脱硫。对直接使用未经脱碳的变换气代替脱碳变换气作为加氢脱硫氢源进行了实验研究和技术经济分析,表明取消脱碳系统直接用变换气作加氢脱硫氢源是可行的。     

浆态床反应器中熔铁催化剂的费托合成反应性能

研究了浆态床反应器中熔铁催化剂的费托合成反应性能,并与固定床反应器进行了比较。实验结果表明,熔铁催化剂在浆态床反应器中具有较好的费托合成反应活性和良好的稳定性;与固定床反应器相比,浆态床反应器中CH4和CO2的选择性明显降低。考察了反应温度、反应压力、合成气空速、合成气n(H2)∶n(CO)对浆态床反应器中熔铁催化剂费托合成反应性能的影响。实验结果表明,适当调变反应条件,可有效提高熔铁催化剂的费托合成反应活性,并使产物分布得到优化。在n(H2)∶n(CO)=1.6、2.0M Pa、250℃、GHSV=3 000h-1的条件下运行900h,浆态床反应器中CO的转化率达92%左右,CH4的选择性为5%左右,CO2的选择性为40%左右。     

超重力场下乙硫醇钠催化氧化与产物分离研究

在超重力场下进行了乙硫醇钠（C2H5NaS）的催化氧化和产物分离研究,考察了反应温度、搅拌转速、气液体积比、碱液质量分数等工艺条件对C2H5 NaS转化率和产物二乙基二硫（C2H5SSC2 H5）分离率的影响.结果表明,在超重力反应器中,C2H5 NaS与氧气的反应过程得到显著强化,可以获得较常规条件下高2～3个量级的反应速率;增大超重力反应器搅拌转速、升高反应温度和降低碱液质量分数,有利于C2H5NaS的转化;加大气液比和提高反应温度有利于C2H5SSC2H5与碱液的分离;在超重力反应器内适宜的反应条件为:反应温度55 ～ 60℃,搅拌转速1 000～1 200 r/min,气液体积比200 ～300,碱液质量分数5％ ～ 10％.     

旋流反应脱除天然气中CO_2研究

以离心强化传质机理为基础,将天然气脱碳吸收反应引入旋流场内进行;采用实验和CFD (Computational Fluid Dynamics)两种方法研究了不同条件下旋流反应器内各组分的浓度分布,考察了胺液(MEDA)作为吸收剂对CO_2脱除率的关键影响因素。研究结果表明:操作气速有一个最佳范围,在这一气速范围内,CO_2脱除率保持在一个较高水平;胺液吸收CO_2反应非常迅速,在进入旋流反应器后反应物浓度快速降低,变化趋势呈现旋转涡流的形态;随着进口CO_2浓度的增大,CO_2浓度衰减的趋势有所减弱。20℃时,D75mm旋流器在进口流量36m~3/h工况下,n(CO_2)/n(MDEA)在0.25～1.0范围内,其比值越大,CO_2脱除率越低;当n(CO_2)/n(MDEA)=0.25时,CO_2脱除率最高可达99.5%以上,可满足天然气脱除CO_2的需要。     

超重力旋转填料床中柠檬酸钠法脱除低浓度SO_2

在超重力旋转填料床中以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为吸收液进行模拟烟气中SO2吸收的实验。考察了超重力因子(β)、液气比(L/m3)、入口烟气中SO2质量浓度、气体流量、吸收液中柠檬酸浓度、pH值等对SO2脱除率(η)和气相传质系数(KGa)的影响。实验结果表明,η和KGa随超重力因子、液气比(L/m3)、吸收液中柠檬酸浓度和pH的增加而增加,随入口烟气中SO2浓度的增加先增大后降低,随气体流量的增加而降低。采用超重力旋转填料床用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液吸收SO2的最佳工艺条件是:吸收液中柠檬酸浓度1.0mol/L,初始pH 4~5,液气比3L/m3~7L/m3,超重力因子54.53~90.14。在此条件下,出口气体中SO2质量浓度低于80mg/m3,η稳定在98%左右。     

丙烷氧化脱氢反应工艺模拟与分析

丙烷氧化脱氢(ODHP)是丙烯生产新工艺,有较高的节能潜力。采用Aspen软件热力学分析不同流量O_2、H_2O(水蒸气)及反应温度对丙烯产率的影响;基于文献实验提供的动力学反应模型,建立了平推流反应器单元模型,并进行稳态模拟,结果基本符合工业反应装置实际情况,分析了丙烯产率的影响因素,得出优化后的H_2O、催化剂和O_2使丙烯产率分别提高25%、19%和7%左右;运用Comsol软件对R1反应器进行耦合计算,对R2氧化反应器氧气分布器结构进行初步研究。     

甲烷气相均相选择氧化合成甲醇

在特殊设计的不同尺寸的微型反应器和模试反应器中考察了反应温度、气体流速、压力、CH4/O2体积比、反应器恒温段长度以及运行时间等因素对CH4气相均相选择氧化合成CH3OH的影响。结果表明:430～470℃、较高的反应压力、较高的V(CH4)/V(O2),较大的反应气体流量的条件下,甲烷转化率为10%～13%,甲醇选择性为55%～65%,收率为7%～8%。反应尾气中还含有相当量的CO和H2,CO2选择性可以被控制在较低水平(≤5%)。提出了以管道天然气为原料一次通过直接氧化法合成CH3OH的新构想。     

超重力法脱除合成氨原料气中二氧化碳的实验研究

对应用旋转填料床于脱除合成氨原料气中二氧化碳进行了实验研究。采用在MDEA(N-甲基二乙醇胺)水溶液中加入少量烯胺TETA(三乙烯四胺)或氨基酸盐组成的复合溶液。主要考察了不同类型吸收液、吸收液二氧化碳负荷、超重力因子β、气液比等因素对合成氨原料气中二氧化碳脱除效率的影响。实验结果表明,在MDEA水溶液中加入TETA或氨基酸盐添加剂,大大提高了脱除效率,改善了传质速率,其中以TETA作为添加剂的混合吸收液的脱除效率在2种混合吸收液中最好,相对于单一的MDEA吸收液,混合吸收液的脱除效率平均提高了101.19%。在相同的操作条件下,脱除效率随着超重力因子β增大而增大,β大于120后对脱除效率的影响不明显;脱除效率随液气比的增大呈现出先增大后减小的趋势,其最佳液气比约为10 L/m3。超重力旋转填料床与传统塔设备相比,具有二氧化碳脱除效率高、低液泛、处理能力大、能耗和运行费用低、占地面积小、操作简便等优点,具有良好的工业应用前景。     

旋转填充床脱除裂解气中酸性气体的冷模实验

用空气和CO2的混合气体模拟裂解气,在旋转填充床中进行酸性气体吸收实验。考察了吸收液流量、吸收液浓度、空气流量、空气中CO2含量、旋转填充床转速和吸收液温度对气相传质系数(KGa)的影响。实验结果表明,KGa为0.2~3.0s-1时,KGa随吸收液流量、吸收液浓度、空气流量、旋转填充床转速和吸收液温度的升高而增大,随空气中CO2含量的增加而减小。用冷模数据推算工业操作条件(约1.5M Pa,50℃)下旋转填充床的吸收效果,预计可将裂解气中酸性气体的体积分数由1.00%降至1×10-6以下。旋转填充床脱除裂解气中酸性气体的效果优于传统的脱除工艺。     

折流式超重力场旋转床及其在精馏中的应用

开发了一种新型的折流式超重力场旋转床。它的核心结构是一对相嵌的动静折流盘组合,动静折流盘均由不同直径的一组板圈构成,特点是可以完成中间进料和设置多组折流盘。冷模和热模实验结果表明,折流式超重力场旋转床有良好的操作弹性。将两层折流盘共20对动静圈的装置用于精馏过程时,环隙气相动能因子在小于14m.s-1(kg.m-3)0.5的状态下,总理论板数大于11.5块。折流式超重力场旋转床在工业上已成功地应用于甲醇精制和热敏物系脱溶剂的过程。     

膜反应器对CO_2甲烷化反应性能的影响

采用水蒸气选择渗透SiO2 复合膜及填充Ru/Al2 O3固定床催化剂 ,构成反应 -分离耦合的膜反应器 ,研究其对CO2 甲烷化反应性能的影响。相同反应条件下与管式固定床反应过程比较 ,膜反应器的转化率最大可提高 11%。通过对膜反应器数学模型的数值解析 ,考察渗透速率与反应速率之比等因素对平衡移动的影响 ,为无机膜的制备及膜反应器的设计提供依据。     

逆流旋转填料床中络合铁法脱除气体中H2S

以逆流旋转填料床为脱硫设备,络合铁为脱硫剂,对模拟气中的H₂S进行了脱硫实验研究。考察了气/液流量比、超重力因子、气体流量、H₂S入口质量浓度对脱硫率的影响,并对比分析了逆流旋转填料床与错流旋转填料床的脱硫性能。结果表明,相比错流旋转填料床,逆流旋转填料床更适合于低硫尾气的精脱硫,脱硫率可达99%以上。与传统塔式脱硫技术相比,逆流旋转填料床络合铁法脱硫技术脱硫效率高、气/液流量比大、设备体积小,具有工业化应用潜力。     

旋转填料床用于气体除湿的研究

考虑到传统的冷却除湿法存在诸多不足,提出了采用旋转填料床对气体进行除湿的新方法并进行实验研究。以冷水为冷却介质对高温高湿气体进行除湿处理实验。实验结果表明,在超重力因子100,进气量12m3/h,气液体积比650,相对湿度100%的条件下,除湿效率达到56.7%以上,有明显的处理效果。该实验为旋转填料床除湿工业化的实现提供了基础理论与数据支持。     

旋转填充床中径向传质强度分布的研究

在旋转填充床(转子内半径70mm,外半径200mm)内利用水逆流吸收SO2的实验,考察了气体流量、液体流量、转子转速以及气相中SO2的含量对旋转填充床填料层径向传质强度分布的影响。实验结果表明,除填料层的内缘处,填料层内径向的体积传质系数(KLa)随气相中的SO2含量的增加变化不大,随液体流量、气体流量及转子转速的的增加而增大;填料层内径向的KLa随半径的增大呈非线性变化,KLa在半径70~90mm段内随半径的增大而逐渐减小,在半径大于90mm后随半径的增大而逐渐增大;旋转填充床填料层存在内端效应区,还存在外端效应区。     

基于旋转填料床的超重力脱硫化氢计算机模拟

针对目前含硫气体净化存在的缺点,利用旋转填料床进行含硫气体脱硫,设计了相应的错流型旋转填料床。利用Aspen Plus软件,对采用旋转填料床利用超重力原理的脱硫工艺流程进行了计算机模拟,并与传统脱硫塔脱硫工艺流程进行了工艺参数对比模拟。研究结果表明,在达到相同的净化标准条件下,与传统脱硫塔对比,错流型旋转填料床的高度仅为前者的9%,其空塔体积仅为前者的1.8%,其填料体积仅为前者的2.2%。     

强制内循环反应器在煤直接液化工艺中的应用

神华集团有限责任公司煤直接液化工艺采用了两台带强制内循环的反应器,小型试验装置（BSU）、工艺开发装置（PDU）和工业示范装置的实际运转结果表明,该反应器与传统鼓泡床反应器相比,由于反应器内空塔液速大大增加,改善了反应器内气、固、液的接触效果,具有反应器内部温度分布均匀、反应器温度控制简单、反应器底部没有固体颗粒沉积、煤液化气体产率低、单系列装置加工规模大、不需要冷氢等优点。